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C/C++|类型推导中的模式匹配

在C++11及以上的相关语法中,特别是在模版元编程的范式里,类型推导是了重中之重。
在 《Effective Modern C++ 》 中第一章主要就是讲各种类型推导。
当然了,谈到类型推导,我们不得不先搞懂类型推导中的模式匹配,这是基础,本博客主要就是论述类型推导中的模式匹配。
随后,本文将直接开始推倒 《Effective Modern C++》 中三大情况的各个例子,展现推导的具体思路

问题定义

函数模版大致形如:

template<typename T>
void f(ParamType param);//一次调用则形如:
f(expr);

在编译期,编译器会通过 expr 推导两个型别,一个是 T 的型别,一个是 ParamType 的型别:

template<typename T>
void f(const T& param); //ParamType 是 const T&//调用语句如下:
int x = 0;
f(x) //以一个 int 调用 f

我们可以依靠直觉就能得出正确答案: T 的型别是 intParamType 的型别是 const int&

模式匹配的相关概念

在刚才,其实我们下意识得就使用了C++语法中的模式匹配:

首先需要明确的是,整个模式匹配行为就是:

expr 对型别和 ParamType 的型别执行模式匹配,来决定 T 的型别。

对于以下案例:

template<typename T>
void f(const T& param);int a = 27;
int* x = &a;
f(x);

匹配过程

根据模版类型推导的规则:

  1. 明确传递的参数 x 的类型是 int*
  2. 函数参数的类型是 const T&

为了匹配 int*const T&,编译器会去掉参数类型中的 const 和引用符号(为什么能够去掉呢?在文末我会进行解答),然后将剩余的部分与 T 进行匹配:

  • 参数的类型是 int*,而函数参数的类型是 const T&
  • 去掉 const 和引用后,剩下的类型是 int*

因此 T 被推导为 int*
最后我们把 T 套入 ParamType,可知 ParamType 的类型是 const int*&(同 int* const &),即指针的引用,并且还有一个底层 const

总结

一起来解答之前提出的相关问题吧:

  1. 「去掉参数类型中的 const 和引用符号」为什么能去掉他俩呢?

请看下面对引用折叠的相关描述,其实为什么要去掉 const 也是一样的逻辑,如果我们的 ParamType 中不带 const 的话当然不用去掉,但是一旦 ParamType 中带有 const 就应该去掉实参自带的 const 。

  1. 「如果 expr 具有引用类型,先将引用部分忽略」为什么引用部分可以忽略呢?

首先我们要明确,引用本身在C++中就是一个类型修饰符,用于表示一个对象的别名(尽管其底层实现是指针),但是引用的引用是没有意义的。所以编译器在推导类型时会忽略引用部分。
主要就是在C++标准中规定,引用的引用会折叠成一个引用,具体的规则如下:

  • T& &T& && 折叠为 T&。我们忽略引用部分就是因为这一条
  • T&& & 折叠为 T&
  • T&& && 折叠为 T&&

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